Odkryto pierwszą zieloną gwiazdę. To jednak nie wszystko

Po raz pierwszy w historii odkryto gwiazdę, która dla ludzkiego oka wydaje się zielona. Naukowcy dostrzegli coś jeszcze, co całkowicie ich zaskoczyło.

W przypadku większości gwiazd kolor jest wyznacznikiem temperatury. Chłodniejsze gwiazdy świecą na pomarańczowo, gwiazdy takie jak nasze Słońce na biało, a najgorętsze świecą na bladoniebiesko, niczym żelazo kowalskie, które w miarę nagrzewania się świeci na czerwono, potem na pomarańczowo, a potem na biało.

Białe karły, gęste pozostałości po gwiazdach podobnych do Słońca, które dobiegają końca swojego życia, uważano za gwiazdy, które podążają tą samą zasadą. Swoją nazwę zawdzięczają temu, iż najwcześniejsze znalezione okazy były zaskakująco gorące i świeciły na biało lub jasnoniebiesko.

Ale czy pomarańczowy, biały i niebieski to jedyne kolory, jakie może mieć gwiazda na nocnym niebie Według nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z Uniwersytetu w Warwick odpowiedź brzmi „nie”.

Nowe badanie, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie RAS Techniques and Instruments, pokazuje, iż gdybyśmy mogli przyjrzeć się niektórym białym karłom z bliska, świeciłyby one w kolorach takich jak zielony, różowy, cyjan, żółty i fioletowy.

Kosmiczny detektywi na tropie koloru

Większość gwiazd, w tym większość białych karłów, zachowuje się jak idealne radiatory, więc ich kolor zależy niemal wyłącznie od temperatury. Nikt jednak nie zbadał, co jeszcze może być możliwe w przypadku białych karłów. Okazuje się, iż te niezwykle gęste gwiazdy potrafią wytwarzać kolory, których nikt się nie spodziewał, a niektóre z nich naprawdę mnie zaskoczyły – powiedział dr Mark Hollands, stypendysta Nagrody Warwicka w Grupie Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu Warwick, który kierował badaniami.

Kluczem jest gęstość. Atmosfery najchłodniejszych białych karłów mogą osiągać gęstość około 1 grama na centymetr sześcienny, czyli mniej więcej równą gęstości wody i miliony razy większą niż gęstość fotosfery Słońca.

Symulowane obrazy białych karłów z dokładnym odwzorowaniem kolorów. Lewy górny panel: Syriusz B to najbliższy Układowi Słonecznemu biały karzeł, z gorącą atmosferą wodorową, co skutkuje bladoniebieskim kolorem. WDJ1147-7449 należy natomiast do najchłodniejszych pobliskich białych karłów, co nadaje mu widmo pozbawione cech charakterystycznych i pomarańczowy wygląd. Prawy górny panel: Konwekcyjne powłoki w tych chłodnych białych karłach wydobyły węgiel ze swoich jąder do gęstych, zdominowanych przez hel atmosfer, tworząc dwuatomowe cząsteczki węgla, które nadają im różne różowe odcienie. Dolne panele: Akrecja skalistych szczątków z układów planetarnych białych karłów wzbogaca ich chłodne, helowe atmosfery o pierwiastki takie jak wapń, magnez i sód. Zmienna ilość/skład akreowanego materiału i temperatury białych karłów pozwalają na uzyskanie zróżnicowanej gamy kolorów, w tym zieleni. Źródło: Mark Hollands/University of Warwick

W takich warunkach wszelkie obecne pierwiastki śladowe, takie jak węgiel, wapń i sód, oddziałują z otaczającą gęstą plazmą helową i pochłaniają światło w szerszym zakresie kolorów niż miałoby to miejsce w przypadku niższych gęstości. To powoduje, iż barwa gwiazdy odbiega od pomarańczowej, białej i niebieskiej, charakterystycznej dla idealnego promiennika.

Żadna biała gwiazda karłowata nie znajduje się wystarczająco blisko, aby można było dostrzec jej barwę bezpośrednio, więc zespół obliczył ją na podstawie danych, które astronomowie zbierają już rutynowo, widma gwiazdy, odcisku palca powstającego, gdy światło gwiazdy zostaje rozszczepione według długości fali, podobnie jak pryzmat rozszczepia światło słoneczne na tęczę.

Przepuszczenie tych widm przez model ludzkiego widzenia kolorów pozwoliło nam ustalić, jaki kolor światło każdej gwiazdy będzie widoczne dla ludzkiego oka. To przypomina nam, jak wiele może ujawnić widmo. Nie tylko temperaturę i skład chemiczny gwiazdy, ale także jej prawdziwy kolor.

Zielony biały karzeł

Stosując tę ​​metodę do białych karłów na niebie, zespół odkrył, iż ich kolory można podzielić na odrębne grupy, z których każda jest powiązana ze składem atmosfery gwiazdy.

Bogate w węgiel białe karły są zwykle różowe lub fioletowe, natomiast te wzbogacone szczątkami z rozbitych planetoid i komet, czyli pozostałościami po starych układach planetarnych, mają barwę żółtą. Chłodniejsze białe karły z mieszaną atmosferą wodorowo-helową często przyjmują odcień cyjanowy lub bladoniebieski, spowodowany zderzeniem cząsteczek wodoru z atomami helu w ich ultragęstych atmosferach.

Najbardziej uderzającym przykładem jest WD J1330+6435, którego temperatura wynosi około 4000 stopni Celsjusza i który zgromadził materiał skalny ze swojego układu planetarnego. Wzbogaciło to jego atmosferę w wapń, lit i sód, nadając mu w modelach zespołu limonkowo-zielony kolor.

Chłodny biały karzeł WDJ0902+2010 ma głęboką strefę konwekcyjną w swojej zdominowanej przez hel zewnętrznej otoczce. Strefa konwekcyjna dotarła do jądra białego karła, unosząc węgiel z wnętrza na powierzchnię i tworząc cząsteczki węgla. Te cząsteczki C2 silnie absorbują światło w całym zakresie optycznym, w tym w zakresie fal niebieskiej, zielonej i żółtej, przez co WDJ0902+2010 wydaje się różowy dla ludzkiego oka. Źródło: Mark A. Garlick/University of Warwick

Według wiedzy naukowców, żadnej innej gwiazdy, żywej czy martwej, nie opisywano nigdy jako zielonej, co czyni tę gwiazdę pierwszą w galaktyce znaną jako prawdziwie zielona.

Ślady sodu w atmosferze tego białego karła pochłaniają pomarańczową część widma, pozostawiając po sobie widmową zieloną poświatę. Wyobraź sobie, iż stoisz na planecie i patrzysz w górę na zieloną gwiazdę. To jak coś z science fiction – dodał Hollands.

Z drugiej strony zespół odkrył prawdopodobnie najczerwieńszą gwiazdę, jaką kiedykolwiek zarejestrowano. WD J1011+2845, pobliski biały karzeł oddalony zaledwie o 48 lat świetlnych od Ziemi, ma głęboką strefę konwekcyjną, która uniosła węgiel z jego jądra na powierzchnię.

Powstałe cząsteczki węgla zniekształcają światło gwiazdy tak bardzo, iż niemal całe jest ono ściśnięte w długościach fal przekraczających 600 nanometrów, co powoduje powstanie głębokiego łososiowo-różowego blasku, jakiego nie można zaobserwować w przypadku zwykłej gwiazdy.

Białe karły nie zawsze są niebieskie

Zespół zbadał również reprezentatywną próbkę 151 białych karłów w odległości 20 parseków (około 65 lat świetlnych) od Ziemi. Pięć z nich wykazywało nietypowe zabarwienie, dwa żółte, a trzy różowe. Sugeruje to, iż mniej więcej jeden na 30 białych karłów we Wszechświecie będzie świecił światłem o nietypowej barwie.

W przypadku pozostałych 146 próbek zespół zmierzył temperaturę barwową, która porównuje barwę obiektu z barwą idealnego grzejnika i jest powszechnie stosowana do opisu żarówek (ciepła biel przy 3000 K, zimna biel przy 6000 K). Mediana temperatury barwowej próbki wyniosła około 6800 kelwinów, co odbieramy jako biel.

Koryguje to powszechne błędne przekonanie w astronomii, iż białe karły są zwykle niebieskie. Gorętsze, bardziej niebieskie białe karły są jaśniejsze i można je zobaczyć z większej odległości, dlatego są nadreprezentowane w przeglądach, które opierają się wyłącznie na jasności.

Główna ilustracja: Chłodny biały karzeł WDJ1330+6435 zgromadził w swojej atmosferze bogaty w sód materiał skalny ze swojego układu planetarnego. Ogromna gęstość atmosfery powoduje, iż sód pochłania światło w szerokim zakresie długości fal: żółtej, pomarańczowej i czerwonej, nadając WDJ1330+6435 upiorny, zielony wygląd. Źródło: Mark A. Garlick/University of Warwick